JPH06340493A - 単結晶育成装置および育成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続チャージ法と二重るつぼ法とを組み合わ
せた半導体単結晶育成装置において、単結晶育成部への
不純物の混入、内側るつぼの熱変形、結晶中の酸素濃度
上昇を防止し、高純度の単結晶を得ることができるよう
にする。 【構成】 結晶育成部１５と原料供給部１６とを分離す
る石英製円筒状の内側隔壁９と、単結晶１２の下端を取
り巻く遮蔽板１０とを一体に支持する支持体８を、保温
筒７の上面に設置する。初期原料溶解時には外るつぼ５
を下降させて内側隔壁９の熱変形を防止し、単結晶引き
上げ時には外るつぼ５を上昇させて内側隔壁９を融液１
１に所定の深さまで浸漬させる。不活性ガスは前記支持
体８に設けた気導孔８ｃを通って結晶育成部１５側から
原料供給部１６側に流れる。また、融液１１は高温の原
料供給部１６と適温の結晶育成部１５に分離され、内側
隔壁９の浸漬深さを制限することにより、結晶中の酸素
濃度上昇を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、引き上げた単結晶の量
だけ原料を連続的に供給する連続チャージ法による単結
晶育成装置および育成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板となるシリコン単結晶
の製造方法の一つとして、るつぼ内の原料融液から円柱
状の単結晶を引き上げるチョクラルスキー法（以下ＣＺ
法という）が用いられている。ＣＺ法においては、単結
晶育成装置のチャンバ内に設置した黒鉛るつぼに石英る
つぼを収容し、この石英るつぼ内に充填した高純度の多
結晶シリコンを前記黒鉛るつぼの外周を取り巻くように
設けたヒータによって加熱溶解する。そして、引き上げ
シャフトまたは引き上げワイヤに取り付けた種子結晶を
融液に浸漬し、前記引き上げシャフトまたは引き上げワ
イヤと黒鉛るつぼとを同方向または逆方向に回転しつつ
引き上げシャフトまたは引き上げワイヤを引き上げてシ
リコン単結晶を成長させる。

【０００３】上記シリコン単結晶をＣＺ法によって製造
する場合、引き上げた単結晶の量に応じて原料をるつぼ
内に供給し、連続的に単結晶を引き上げる連続チャージ
法と、偏析現象による単結晶の抵抗率変化を小さくする
ため、石英るつぼを二重構造として原料供給部と単結晶
育成部とに分け、内側のるつぼすなわち単結晶育成部か
ら単結晶を引き上げる二重るつぼ法とを組み合わせた半
導体単結晶育成装置が知られている（ＵＳＰ２８９２７
３９号、特開昭６１−３６１９７号参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】連続チャージ法と二重
るつぼ法とを組み合わせた従来の半導体単結晶育成装置
には、一般に次のような問題点がある。 （１）原料供給部から単結晶育成部に不純物が混入しや
すいため、単結晶の純度低下や有転位化の原因となる。 （２）初期原料の溶解時に溶解熱によって内側るつぼが
変形し、融液の攪拌不良を起こして融液温度が変動す
る。 （３）単結晶育成中に石英製の内側るつぼから融液内に
酸素が溶出し、結晶中の酸素濃度が高くなる。 本発明は上記従来の問題点に着目してなされたもので、
これらの不具合発生を未然に防止して高純度の単結晶を
得ることができるような、単結晶育成装置および育成方
法を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る単結晶育成装置は、原料を溶解して融液と
する外るつぼと、前記融液に原料を供給する原料供給管
と、前記原料供給管より内側の融液に浸漬され、融液を
前記外るつぼの中心付近と周縁部分とに区分する内側隔
壁と、前記融液から単結晶を引き上げる引き上げ機構と
を備えた単結晶育成装置において、前記内側隔壁と、こ
の内側隔壁の内側にあって単結晶の下部を取り巻くよう
に融液の上方に設けた遮蔽板とを一体に支持する支持体
を設置し、前記外るつぼの中心付近の上方空間から外る
つぼの周縁部分の上方空間に通じる少なくとも１個の気
導孔を前記支持体に設ける構成とし、このような構成に
よる単結晶育成装置を用いる場合の単結晶育成方法は、
外るつぼに充填した初期原料の溶解時には、外るつぼを
下降させて内側隔壁を前記外るつぼの上方に退避させた
状態とし、前記内側隔壁を融液に浸漬させないようにす
る。また、単結晶育成時には外るつぼを上昇させ、融液
に内側隔壁を所定の深さに浸漬させることによって、融
液ならびにその上方空間を前記外るつぼの中心付近に形
成される結晶育成部と外るつぼの周縁部分に形成される
原料供給部とに分離し、前記結晶育成部の融液を単結晶
化に適した温度に維持し、原料供給部の融液を原料の溶
解に適した高温に加熱するとともに、単結晶育成装置に
導入される不活性ガスを支持体に設けた気導孔を介して
前記結晶育成部から原料供給部に流入させることを特徴
としている。

【０００６】

【作用】上記構成によれば、単結晶育成時には内側隔壁
を融液内に所定の深さに浸漬させ、前記内側隔壁とこれ
を支持する支持体とによって融液とその上方空間を結晶
育成部と原料供給部とに分離することにしたので、従来
の二重るつぼ法と同様に単結晶を育成する中心付近の融
液は適温に維持される。また、その周縁の融液は高温に
維持され、連続して供給される原料を効率的に溶解する
ことができる。しかし本発明では、前記内側隔壁の浸漬
深さを所定の範囲に制限することとしたので、内側隔壁
から融液内に溶出する酸素量の増加を抑えることがで
き、単結晶中の酸素濃度上昇の防止が可能となる。

【０００７】内側隔壁の内側に設けた遮蔽板は引き上げ
中の単結晶を輻射熱から遮蔽し、単結晶の冷却を促進す
る。前記遮蔽板と内側隔壁を一体に支持する支持体に少
なくとも１個の気導孔を設けたので、チャンバ上方から
導入される不活性ガスは、引き上げ単結晶に沿って下降
し、前記遮蔽板と融液との隙間を通過して上昇した後、
気導孔を経て外るつぼの周縁部分に向かう流れを形成す
る。従って、融液内に供給される原料多結晶から発生す
る粉塵等は前記不活性ガスの流れにより外部に排出さ
れ、結晶育成部には侵入しない。

【０００８】初期原料溶解時には外るつぼを下降させ、
内側隔壁を前記外るつぼの上方に退避させた状態にする
ので、内側隔壁の熱変形を防止するとともに、初期原料
に対する伝熱効率を高めることができる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係る単結晶育成装置および
育成方法の実施例について、図面を参照して説明する。
図１は、単結晶育成装置の部分的な概略断面を示す模式
図である。同図において、チャンバ１の中心に設けられ
たるつぼ軸２の上端に黒鉛るつぼ３が装着され、黒鉛る
つぼ３内には石英るつぼ４が収容されている。前記黒鉛
るつぼ３と石英るつぼ４とによって外るつぼ５が構成さ
れる。黒鉛ヒータ６および保温筒７は前記外るつぼ５の
周囲を取り巻くように同心円状に設けられ、保温筒７の
上面に支持体８が設置されている。前記支持体８は環状
のフランジ部８ａとその下方に続く円筒部８ｂとからな
り、円筒部８ｂの上端に複数個の気導孔８ｃが設けられ
ている。円筒部８ｂの下端には円筒状の内側隔壁９が連
結され、円筒部８ｂの内側には遮蔽板１０が取着されて
いる。遮蔽板１０は、上端開口部の直径が下端開口部の
直径より大きい円錐状の筒で、融液１１等から単結晶１
２に加えられる輻射熱を遮断して単結晶１２の冷却を促
進し、単結晶引き上げ速度を早めるとともに、チャンバ
１の上方から導入される不活性ガスを単結晶１２の周囲
に誘導する。また、チャンバ１の外部に設置された図示
しない原料供給装置に接続された原料供給管１３はチャ
ンバ１内に入り、前記支持体８のフランジ部８ａを貫通
し、その端末は円筒部８ｂおよび内側隔壁９と外るつぼ
５とに挟まれる環状の空間に開口している。前記支持体
８および遮蔽板１０は黒鉛製であり、内側隔壁９と原料
供給管１３は石英で構成されている。

【００１０】次に、上記単結晶育成装置を用いる場合の
単結晶育成方法について説明する。まず初期原料の溶解
に当たり、図２に示すようにあらかじめるつぼ軸２を下
降させ、内側隔壁９を外るつぼ５の上方に退避させた状
態とした上、外るつぼ５に充填した初期原料１４を溶解
する。これにより、上端のみが支持体８に連結され、他
に支持される部分を持たない内側隔壁９を、特に高温と
なる初期原料溶解時に外るつぼ５内から退避させて熱変
形を防ぐとともに、内側隔壁９の存在による原料への伝
熱効率の低下を回避して初期原料１４の溶解効率を高
め、溶解時間を短縮させることができる。

【００１１】初期原料の溶解が完了した後、内側隔壁９
が融液１１に所定の深さに浸漬される位置までるつぼ軸
２を上昇させ、次に種子結晶を融液１１に浸漬させて単
結晶の育成を開始する。内側隔壁９を融液１１に浸漬さ
せることにより、外るつぼ５内の融液１１の上層部は外
るつぼ５の中心付近と周縁部分とに区分される。外るつ
ぼ５の中心付近の融液とその上方空間は結晶育成部１５
であり、外るつぼ５の周縁部分の融液およびその上方空
間は原料供給部１６である。図１に示すように単結晶１
２の引き上げ時、チャンバ１の上方から導入されたアル
ゴンガスは、チャンバ１内に充満するとともに単結晶１
２に沿って下降し、遮蔽板１０の下端と融液１１との隙
間を通って上昇した後、支持体８の気導孔８ｃを通り、
外るつぼ５と黒鉛ヒータ６との隙間を下降してチャンバ
１下部に設けられた排気孔１ａから排出される。

【００１２】結晶育成部１５の気相は、気導孔８ｃを除
いて原料供給部１６の気相と分離されている。また、ア
ルゴンガスの流れる方向によると、前記原料供給部１６
から結晶育成部１５に流入することがないので、原料供
給管１３から融液１１内に供給される原料多結晶の粉塵
等は、融液１１から発生する酸化珪素や黒鉛るつぼ３か
ら発生する重金属蒸気とともにチャンバ１の排気孔１ａ
を経て外部に排出される。従って、結晶育成部１５には
不純物が侵入せず、引き上げ単結晶１２の高純度化と結
晶の有転位化防止を図ることができる。また、融液１１
に浸漬した内側隔壁９により、融液１１の上層部分は外
るつぼ５の中心付近と周縁部分とに分離され、前記周縁
部分は中心付近より高熱となる。従って、原料供給管１
３から外るつぼ５の周縁部分に供給される原料多結晶は
効率よく溶解され、中心付近は単結晶化に適した温度に
維持される。更に、内側隔壁９の浸漬深さを所定の範囲
内に制限することにより、前記内側隔壁９から融液１１
内に溶出する酸素量の増加が抑えられ、単結晶中の酸素
濃度の上昇防止が可能となる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、連
続チャージ法と二重るつぼ法とを組み合わせた半導体単
結晶育成装置において、引き上げ単結晶の下部を取り巻
く遮蔽板と、融液およびその上方空間を結晶育成部と原
料供給部とに分離する内側隔壁とを支持体によって一体
に支持し、不活性ガスが前記結晶育成部の上部空間から
原料供給部の上部空間に向かって流れるようにしたの
で、融液内に供給される原料多結晶の粉塵等は結晶育成
部に侵入せず、単結晶の純度低下や有転位化を防止する
ことができる。融液の原料供給部は高温に加熱されて原
料多結晶を効率的に溶解し、前記内側隔壁の浸漬により
融液の結晶育成部が適温に維持される。また、内側隔壁
の浸漬深さを所定の範囲に制限することにより、前記内
側隔壁から融液内に溶出する酸素量が抑制され、従来の
二重るつぼ法を用いる場合に比べて単結晶中の酸素濃度
を低減することができるので、高品質の単結晶を得るこ
とが可能となる。更に、初期原料溶解時には外るつぼを
下降させ、内側隔壁を前記外るつぼの上方に退避させた
状態にするので、初期原料に対する伝熱効率を高めると
ともに、内側隔壁の熱変形が防止され、内側隔壁の耐用
寿命を延長させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶育成装置の部分的な概略断面を示す模式
図で、単結晶引き上げ中の状態を示す。

【図２】単結晶育成装置の部分的な概略断面を示す模式
図で、初期原料溶解時の状態を示す。

【符号の説明】

５ 外るつぼ ８ 支持体 ８ｃ 気導孔 ９ 内側隔壁 １０ 遮蔽板 １１ 融液 １２ 単結晶 １３ 原料供給管 １４ 初期原料 １５ 結晶育成部 １６ 原料供給部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料を溶解して融液とする外るつぼと、
   前記融液に原料を供給する原料供給管と、前記原料供給
   管より内側の融液に浸漬され、融液を前記外るつぼの中
   心付近と周縁部分とに区分する内側隔壁と、前記融液か
   ら単結晶を引き上げる引き上げ機構とを備えた単結晶育
   成装置において、前記内側隔壁と、この内側隔壁の内側
   にあって単結晶の下部を取り巻くように融液の上方に設
   けた遮蔽板とを一体に支持する支持体を設置し、前記外
   るつぼの中心付近の上方空間から外るつぼの周縁部分の
   上方空間に通じる少なくとも１個の気導孔を前記支持体
   に設けたことを特徴とする単結晶育成装置。
2. 【請求項２】 外るつぼに充填した初期原料の溶解時に
   は、外るつぼを下降させて内側隔壁を前記外るつぼの上
   方に退避させた状態とし、前記内側隔壁を融液に浸漬さ
   せないことを特徴とする単結晶育成方法。
3. 【請求項３】 単結晶育成時には外るつぼを上昇させ、
   融液に内側隔壁を所定の深さに浸漬させることによっ
   て、融液ならびにその上方空間を前記外るつぼの中心付
   近に形成される結晶育成部と外るつぼの周縁部分に形成
   される原料供給部とに分離し、前記結晶育成部の融液を
   単結晶化に適した温度に維持し、原料供給部の融液を原
   料の溶解に適した高温に加熱するとともに、単結晶育成
   装置に導入される不活性ガスを支持体に設けた気導孔を
   介して前記結晶育成部から原料供給部に流入させること
   を特徴とする単結晶育成方法。